ONDAS SONORAS em um tubo de kundt- roteiro de experimento

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FLUIDOS E O. EXPERIMENTAL – EXP. 6: ONDAS SONORAS 1 
 
 
 
 
1.1. Introdução 
Ondas sonoras são classificadas como ondas 
mecânicas longitudinais. Elas viajam através de 
qualquer meio material com velocidade que 
depende das propriedades do meio. Á medida que 
se deslocam, as partículas do meio vibram e 
produzem mudanças na densidade e na pressão ao 
longo da direção de propagação da onda. Estas 
mudanças resultam em uma série de regiões de 
alta-pressão e baixa-pressão. Se a fonte das ondas 
sonoras vibra senoidalmente, as variações de 
pressão também são senoidais. Veja Fig. 1. 
 
 
Fig. 1: Representação de onda sonora senoidal se 
propagando da fonte (alto-falante) até um receptor (ouvido). 
Pontinhos representam moléculas do ar em regiões de 
baixa e alta densidade (ou pressão).[1]. 
 
Ondas sonoras em um tubo - Quando uma onda 
sonora se propaga em um tubo cheio de ar ocorre 
a reflexão nas extremidades do tubo. Estas 
reflexões ocorrem mesmo se uma extremidade 
esteja aberta, embora, nesse caso, a reflexão não 
seja tão completa. Para certos comprimentos de 
onda das ondas sonoras, a superposição das 
ondas que se propagam no tubo em sentidos 
opostos produz uma onda estacionária. Os 
comprimentos de onda para os quais isso acontece 
 
1 Versão 01/2017. Elaborada por: Tiago Castro 
correspondem às frequências de ressonância do 
tubo. A vantagem de produzir ondas estacionárias 
é que, nessas condições, o ar no interior do tubo 
passa a oscilar com grande amplitude, 
movimentando periodicamente o ar ao redor e 
produzindo assim uma onda sonora audível com a 
mesma frequência que as oscilações do ar no tubo. 
A Fig. 2 mostra os três primeiros harmônicos 
produzidos em um tubo sonoro com uma das 
extremidades (a da direita) fechada. No desenho 
dessa figura, o ponto onde as linhas senoidais se 
cruzam representa um nó, isto é, um local onde a 
vibração do ar é mínima. Já os pontos onde as 
linhas estão afastadas ao máximo representa um 
antinó, ou seja, uma região no tubo onde a vibração 
do ar é máxima. 
 
Fig. 2: Três primeiros harmônicos produzidos em um tubo 
sonoro com uma das extremidades aberta e a outra 
extremidade fechada. 
 
 Em relação aos harmônicos produzidos em 
um tubo com umas das extremidades fechadas, 
existe um antinó na extremidade abertae um nó na 
extremidade fechada. O modo mais simples 
(harmônico fundamental) é aquele no qual 𝜆 = 4𝐿. 
 
EXPERIMENTO 6: ONDAS SONORAS1 
 
 FLUIDOS E O. EXPERIMENTAL – EXP. 6: ONDAS SONORAS 2 
 
 
No segundo modo mais simples, 𝜆 =
4
3
𝐿, e assim 
por diante. 
Tubo de Kundt – dispositivo desenvolvido pelo 
físico alemão August Kundt (1839-1894) para medir 
a velocidade do som em um meio material. Utiliza-
se um tubo transparente, uma fonte acústica de 
frequência única, bem como algum tipo de pó 
(talco, cortiça, areia, etc.) para demarcar os nós e 
antinós das ondas estacionárias produzidas no 
tubo. 
 
1.2. Objetivo 
 
Estudar experimentalmente a propagação de 
ondas sonoras em um tubo de Kundt. 
 
1.3. Material 
 
 
 
Fig. 3 – Kit experimental composto de gerador de sinais de 
áudio, alto-falantes e tubo sonoro. 
 
 Gerador de sinais de áudio com 
frequencímetro digital; 
 Alto-falante; 
 Tubo sonoro; 
 Pá com hastes; 
 Pó de cortiça; 
 Decibelímetro; 
 
 
1.4. Parte I – Ressonância em tubos sonoros 
fechados 
 
1. Primeiramente, distribua uma pequena 
quantidade de pó de cortiça no interior do tubo 
sonoro. O pó deve formar um “cordão” de 2 a 3 mm 
de espessura (em média), portanto, não exagere na 
quantidade. Dê um leve giro no tubo para deslocar 
a fina camada de cortiça, elevando-a um pouco 
pela parede do tubo. 
2. Feche o bocal (oposto ao do alto-falante) 
utilizando o êmbolo com haste. Com este 
procedimento, como deve ser classificado o tubo 
sonoro deste experimento? 
3. Ligue o oscilador variável e posicione o alto-
falante na frente do tubo sonoro. 
4. Ligue o decibelímetro e deixe-o nas 
proximidades do tubo. Utilize-o para monitorar o 
nível sonoro do ambiente próximo ao equipamento. 
ATENÇÃO: a exposição contínua a níveis 
sonoros superiores a 80 dB pode causar danos 
auditivos. Além disso, uma exposição curta a 
intensidades próximas a 120 dB pode também 
ser prejudicial. PORTANTO, EVITE DEIXAR O 
GERADOR DE SINAIS DE AUDIO LIDAGO POR 
MUITO TEMPO! 
5. Ajuste a frequência na faixa 1 para um valor 
entre 280 e 320 Hz, regulando a intensidade do 
sinal. Varie lentamente a frequência do alto-falante 
entre esses valores e observe o interior do tubo 
(principalmente quando o som se tornar mais 
intenso). O que você observa? 
6. Anote na Tab. 1 o valor da frequência em que 
você observou a ocorrência de um máximo na 
amplitude da onda estacionária obtida. Uma vez 
encontrado o máximo, mantenha a frequência fixa. 
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7. Desligue a chave auxiliar e, com o auxílio da pá, 
arrume o pó de forma uniforme. 
 8. Ligue e desligue a chave auxiliar e observe o 
padrão formado pelo pó de cortiça dentro do tubo. 
Fotografe e desenhe o padrão formado em todo o 
tubo. 
9. Localize os nós e os ventres resultantes da onda 
estacionária que se propagou pelo tubo. 
10. Faça um desenho do tubo e trace a envoltória 
da onda resultante no interior do tubo fechado. 
11. Estime o valor do comprimento de onda 𝜆 
gerado. Anote também o valor de 
𝜆
4
. 
12. Relacione o comprimento do tubo 𝐿 com o 
número de 
𝜆
4
. encontrado, de acordo com a 
expressão: 𝐿 = 𝑛
𝜆
4
. Qual o valor de 𝑛 ? Qual o 
harmônico observado nesta ressonância do tubo? 
Lembre-se que 𝑛 deve ser um número inteiro. 
13. Proceda de forma semelhante usando o 
intervalo de frequência 480-520 Hz, encontrando a 
frequência que gera uma ressonância no tubo com 
maior intensidade. 
14. Desenhe o padrão produzido no pó de cortiça 
na situação de ressonância. Estime o valor do 
comprimento de onda 𝜆 e calcule 
𝜆
4
. 
15. Utilize a expressão 𝐿 = 𝑛
𝜆
4
 para obter a ordem 
do harmônico observado. 
16. Repita os procedimentos anteriores para 
frequências em torno de 700 Hz. Não se esqueça 
de fotografar e desenhar o padrão observado. Qual 
a frequência de ressonância? Qual o harmônico 
observado? Encontre 𝑛. 
17. Encontre o próximo harmônico repetindo o 
procedimento anterior para frequências entre 900 
Hz e 1100 Hz. Anote todos os resultados na Tab. 
1. 
18. Combinando as expressões 𝐿 = 𝑛
𝜆
4
 e 𝑣 = 𝜆𝑓 , 
relacione o comprimento do tubo sonoro fechado 𝐿 
com as frequências 𝑓 dos harmônicos possíveis de 
serem obtidos neste tubo fechado (sons possíveis 
de entrarem em ressonância com a coluna de ar no 
seu interior). 
19. Com base em seus resultados experimentais, 
comente sobre a validade das seguintes 
afirmações: 
“Um tubo sonoro fechado apresenta, 
necessariamente, um ventre de velocidade 
vibratória na extremidade aberta e um nó na 
extremidade fechada.” 
 “Um tubo sonoro fechado possui uma frequência 
fundamental (1º harmônico) e pode ter apenas os 
harmônicos ímpares do comprimento do tubo”. 
22. Verifique a validade da expressão geral para a 
ressonância em tubos fechados: 
𝐿 = (2𝑛 + 1)
𝜆
4
 
com 𝑛 sendo um número inteiro. 
 
1.5. Parte II – Determinação da velocidadede 
propagação do som. 
 
23. Faça um gráfico de 𝑓 em função de 
1
𝜆
 para cada 
uma das frequências de ressonância e os 
respectivos comprimentos de onda para os quais 
este fenômeno ocorre. Ou seja, utilize os dados da 
Tab. 1. 
24. Faça um ajuste linear dos dados e obtenha os 
valores dos coeficientes angular e linear. 
25. Qual o valor da velocidade do som no interior 
do tubo de Kundt? 
26. Compare o valor obtido para a velocidade de 
propagação do som no tubo com o valor esperado 
 FLUIDOS E O. EXPERIMENTAL – EXP. 6: ONDAS SONORAS 4 
 
 
para a velocidade de propagação do som no ar. Os 
valores estão próximos? 
 
 
1.6. Referências: 
 
1. MIDIA COLLEGE. How sound waves works. 
Disponível em: < 
http://www.mediacollege.com/audio/01/sound-
waves.html >. Acesso em 17 de julho de 2016. 
2. L.A.M. Ramos, Livro de atividades experimentais, 
CIDEPE, 2015. 
3. Resnick, R.; Halliday, D.; Walker, J. Fundamentos de 
física: gravitação, ondas e termodinâmica. 8 ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2009. Vol 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 FLUIDOS E O. EXPERIMENTAL – EXP. 6: ONDAS SONORAS 5 
 
 
 
f (Hz) λ/4 (m) λ (m) n 
 
 
 
 
 
Tab. 1: Dados experimentais.